寬帶緊湊型微帶陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了寬帶緊湊型微帶陣列天線，其介質(zhì)基板上具有偶數(shù)行和偶數(shù)列微帶貼片，在介質(zhì)基板的x軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)連接在一起的x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，兩條x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)將偶數(shù)列微帶貼片均分成兩部分；每排左側(cè)部分的微帶貼片和每排右側(cè)的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接組成一個子陣；每排左側(cè)子陣的微帶貼片和組成每排右側(cè)子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進行饋電，且每排左側(cè)的子陣與每排右側(cè)的子陣并聯(lián)，上下二分之一天線陣列的沿x向相鄰的兩個子針之間串聯(lián)；沿x軸方向，介質(zhì)基板的上半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板的下半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起。
【專利說明】
寬帶緊湊型微帶陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微帶陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶緊湊型微帶陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的飛速發(fā)展，通信設(shè)備的體積不斷減小，通信頻帶不斷向?qū)掝l帶、高頻段發(fā)展，對通信設(shè)備提出了越來越高的要求，推動了作為通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件天線的小型化和寬帶化的發(fā)展。
[0003]微帶天線因具有體積小、重量輕、剖面低、饋電方式靈活、成本低、易與飛行器共形等優(yōu)點而深受人們的青睞，但傳統(tǒng)微帶天線阻抗帶寬較窄，一般的微帶天線的帶寬僅有5%左右。傳統(tǒng)的微帶天線的窄頻帶特性成了限制其廣泛應(yīng)用的主要障礙，因此展寬微帶天線的帶寬具有十分重要的意義。近年來，隨著微帶天線的應(yīng)用越來越廣，展寬微帶貼片天線帶寬的方法主要集中在以下幾種情況:①采用厚介質(zhì)基板;②采用低介電常數(shù)的基板;③采用多層結(jié)構(gòu);④采用特殊饋電方式和特殊形狀的貼片天線。然而這些方法都具有一定的不足，如采用厚基板成本較高，采用低介電常數(shù)的基板天線尺寸較大，不利于小型化，采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計復雜，裝配成本過高，采用特殊形狀的貼片天線導致輻射方向圖的畸形，以及極化不純的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的寬帶緊湊型微帶陣列天線采用單層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了寬帶阻抗帶寬，且最大輻射的方向不會隨頻率變化而發(fā)生偏移。
[0005]為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
提供一種寬帶緊湊型微帶陣列天線，其包括一塊介質(zhì)基板、設(shè)置在介質(zhì)基板上表面的微帶貼片和設(shè)置在介質(zhì)基板下表面的金屬地板;微帶貼片在介質(zhì)基板上成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，在介質(zhì)基板的X軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)連接在一起的X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，連接在一起的兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)將偶數(shù)列微帶貼片均分成兩部分；
每排左側(cè)部分的微帶貼片和每排右側(cè)的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接組成一個子陣;每排左側(cè)子陣的微帶貼片和組成每排右側(cè)子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進行饋電，且每排左側(cè)的子陣與每排右側(cè)的子陣并聯(lián)，上下二分之一天線陣列的沿X向相鄰的兩個子針之間串聯(lián);沿X軸方向，介質(zhì)基板的上半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板的下半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起。
[0006]本發(fā)明的有益效果為:通過將介質(zhì)基板上的微帶貼片設(shè)置成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，這樣微帶貼片利用X軸和y軸兩個方向的功分饋電網(wǎng)絡(luò)先串聯(lián)再進行并聯(lián)的混合方式進行饋電，通過對每一行的饋電網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配和優(yōu)化，使天線最大輻射的方向不會隨頻率變化而發(fā)生偏移，從而使天線的阻抗帶寬覆蓋范圍從現(xiàn)有的5%上升至15%。
【附圖說明】
[0007]圖1為寬帶緊湊型微帶陣列天線一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為寬帶緊湊型微帶陣列天線另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3為圖1和圖2中A部的放大圖。
[0010]圖4寬帶緊湊型微帶陣列天線在X波段的寬帶緊湊型微帶陣列天線測試的S參數(shù)圖。
[0011 ]圖5為寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的垂直面(Υ0Ζ面)方向圖。
[0012]圖6為寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的水平面(Χ0Ζ面)方向圖。
[0013]其中，1、微帶貼片；2、介質(zhì)基板；3、子陣;4、y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)；5、x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò);6、微帶線；7、饋電結(jié)構(gòu)；8、一分三功分器;9、金屬地板；10、一分二功分器；11、T型功分器;12、匹配縫隙。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
[0015]如圖1和圖2所示，該寬帶緊湊型微帶陣列天線包括一塊介質(zhì)基板2、設(shè)置在介質(zhì)基板2上表面的微帶貼片I和設(shè)置在介質(zhì)基板2下表面的金屬地板9;介質(zhì)基板2為一塊介電常數(shù)為2.2的TLY-5高分子介質(zhì)基板2，其厚度為1.143mm，介質(zhì)基板2為矩形且為單層板體。
[0016]微帶貼片I在介質(zhì)基板2上成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，在介質(zhì)基板2的X軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)7連接在一起的X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5，連接在一起的兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5將偶數(shù)列微帶貼片I均分成兩部分;每排左側(cè)部分的微帶貼片I和每排右側(cè)的微帶貼片I均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4連接組成一個子陣3。
[0017]每排左側(cè)子陣3的微帶貼片I和組成每排右側(cè)子陣3的微帶貼片I分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4進行饋電，且每排左側(cè)的子陣3與每排右側(cè)的子陣3并聯(lián)，X向二分之一陣列的X向相鄰的子陣3之間串聯(lián);沿X軸方向，介質(zhì)基板2的上半部分微帶貼片I構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板2的下半部分微帶貼片I構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)7并聯(lián)在一起。
[0018]通過將介質(zhì)基板2上的微帶貼片I設(shè)置成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，這樣微帶貼片I利用X軸和y軸兩個方向的功分饋電網(wǎng)絡(luò)先串聯(lián)再進行并聯(lián)的混合方式進行饋電，通過對每一行的饋電網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配和優(yōu)化，使天線最大輻射的方向不會隨頻率變化而發(fā)生偏移，從而使天線的阻抗帶寬覆蓋范圍從現(xiàn)有的5%上升至15%。
[0019]再次參考圖1和圖2，x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5包括一個T型功分器11和至少一個一分三功分器8;—分三功分器8的個數(shù)與二分之一微帶貼片I行數(shù)的個數(shù)少一個;T型功分器11與位于介質(zhì)基板2邊緣的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4連接，每個一分三功分器8與其鄰近的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4連接;T型功分器11與至少一個一分三功分器8依次連接。y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4包括至少一個一分二功分器10，相鄰的一分二功分器1和每個功分器與相鄰的微帶貼片I均通過微帶線6連接。這樣每一級饋網(wǎng)結(jié)構(gòu)的功分器均可以進行優(yōu)化設(shè)計，饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線寬度呈現(xiàn)階梯變化，實現(xiàn)整個饋電網(wǎng)絡(luò)的寬帶阻抗匹配，且能保持饋電網(wǎng)絡(luò)的對稱性，保證最大輻射方向不隨頻率變化。
[0020]當微帶線6為直線時，天線要實現(xiàn)相同的阻抗帶寬覆蓋范圍，就需要將天線的整體尺寸做得更大，而尺寸較大會致使使用該天線的通信設(shè)備的體積也相應(yīng)的增大，為了實現(xiàn)通信設(shè)備和天線的小型化，保證天線結(jié)構(gòu)更緊湊，本方案優(yōu)選X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5的微帶線6和y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4的微帶線6均設(shè)置呈蜿蜒形，這樣在相同空間內(nèi)，微帶線6的長度更長。
[0021]如圖3所示，y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4和與其連接的微帶貼片I采用邊緣中心饋電；每個微帶貼片I在與其連接的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4的兩側(cè)開設(shè)有匹配間隙12;采用這樣的饋電方式后，天線的交叉極化更好，進一步實現(xiàn)確保了阻抗匹配與帶寬的提高。
[0022]如圖2所示，饋電結(jié)構(gòu)7包括與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接的一分二功分器10和一條一端與連接X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接的一分二功分器10連接，另一端與金屬地板9連接的微帶線6。如圖3所示，饋電結(jié)構(gòu)7為一個一端與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接，另一端與外部的同軸轉(zhuǎn)接器連接的SAM接頭。
[0023]微帶貼片I為矩形結(jié)構(gòu)，所有微帶貼片I的大小相同，排列均朝向X軸方向，實現(xiàn)了X軸方向的線極化。使用時，本方案優(yōu)選采用微帶貼片I在介質(zhì)基板2上呈6 X 8的陣列排布。
[0024]采用微帶貼片I在介質(zhì)基板2上呈6X8的陣列排布的結(jié)構(gòu)后，微帶陣列天線的整體尺寸(WXL)為149.75mm X 122.5mm，微帶天線上每行微帶貼片I在x軸方向間距為18mm，每列微帶貼片I在y軸方向間距為19mm;所有微帶貼片I排列均朝向X軸方向，采用邊緣中心饋電，實現(xiàn)X向線極化，兩個相鄰的微帶貼片I采用同相饋電激勵，為了控制陣列大小尺寸和調(diào)節(jié)饋電相位，相鄰單元間的串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線6采用蜿蜒線設(shè)計。
[0025]y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4和X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5的功分幅度設(shè)計均實現(xiàn)中心到兩邊的幅度從大到小的銷錐分布，以利于減小副瓣電平。Y軸方向中間的微帶貼片I間距稍大，主要為了減小微帶貼片I和中間饋網(wǎng)走線的耦合。微帶貼片I與饋電微帶線6之間開兩個匹配間隙12，可以實現(xiàn)寬帶匹配。
[0026]參考圖4，圖4示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在X波段的寬帶緊湊型微帶陣列天線測試的S參數(shù)圖。通過測試結(jié)果可以看出，微帶陣列天線的Sll在9.43GHz到11.03GHz的范圍內(nèi)均在-1OdB以下，因此微帶陣列天線的-1OdB相對阻抗帶寬為15.6%，該天線使用單層結(jié)構(gòu)，利用饋電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)了帶寬。
[0027]如圖5所示，其示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的垂直面(Υ0Ζ面)方向圖。微帶陣列天線在該面的最大輻射方向指向法向，方向圖完全對稱，副瓣電平為-
13.3dB，副瓣電平低于_12dB，滿足工程上的應(yīng)用。
[0028]如圖6所示，其示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的水平面(Χ0Ζ面)方向圖。微帶陣列天線在該面最大輻射方向指向法向，方向圖基本對稱，副瓣電平為-14.5dB，副瓣電平低于-12dB，滿足工程上的應(yīng)用。
[0029]本發(fā)明實現(xiàn)寬帶阻抗帶寬的原理是，利用x，y兩個方向的功分饋電網(wǎng)絡(luò)先串聯(lián)再進行并聯(lián)的混合方式進行饋電，饋網(wǎng)在x，y兩個方向?qū)ΨQ設(shè)計，并通過對每一級的饋電網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配和優(yōu)化設(shè)計，天線可以覆蓋15%左右的阻抗帶寬，從而實現(xiàn)帶寬。
[0030]綜上所述，該微帶陣列天線的方向圖的指向不隨頻率的變化發(fā)生變化，且其還具有結(jié)構(gòu)緊湊，加工裝配簡單，可以用單層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)寬帶阻抗帶寬。
【主權(quán)項】
1.寬帶緊湊型微帶陣列天線，包括一塊介質(zhì)基板、設(shè)置在所述介質(zhì)基板上表面的微帶貼片和設(shè)置在所述介質(zhì)基板下表面的金屬地板;其特征在于:所述微帶貼片在所述介質(zhì)基板上成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，在所述介質(zhì)基板的X軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)連接在一起的X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，連接在一起的兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)將偶數(shù)列微帶貼片均分成兩部分； 每排左側(cè)部分的微帶貼片和每排右側(cè)的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接組成一個子陣;每排左側(cè)子陣的微帶貼片和組成每排右側(cè)子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進行饋電，且每排左側(cè)的子陣與每排右側(cè)的子陣并聯(lián)，上下二分之一天線陣列的沿X向相鄰的兩個子針之間串聯(lián);沿X軸方向，介質(zhì)基板的上半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板的下半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)包括一個T型功分器和至少一個一分三功分器;所述一分三功分器的個數(shù)比二分之一微帶貼片行數(shù)的個數(shù)少一個;所述T型功分器與位于介質(zhì)基板邊緣的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接，每個一分三功分器與其鄰近的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接;所述T型功分器與至少一個一分三功分器依次連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)包括至少一個一分二功分器，相鄰的一分二功分器和每個功分器與相鄰的微帶貼片均通過微帶線連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線和所述X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線均設(shè)置呈蜿蜒形。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)和與其連接的微帶貼片采用邊緣中心饋電。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:每個微帶貼片在與其連接的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的兩側(cè)開設(shè)有匹配間隙。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電結(jié)構(gòu)包括與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接的一分二功分器和一條一端與連接X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接的一分二功分器連接，另一端與金屬地板連接的微帶線。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電結(jié)構(gòu)為一個一端與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接，另一端與外部的同軸轉(zhuǎn)接器連接的SAM接頭。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶貼片在所述介質(zhì)基板上呈6X8的陣列排布。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶貼片為矩形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01Q21/06GK105870612SQ201610199753
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】邵振海, 李鵬凱, 宋鴻
【申請人】國鷹航空科技有限公司